水庫(kù)浸沒(méi)研究淺析

王迎發(fā)

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

一、水庫(kù)浸沒(méi)及其危害

水庫(kù)就是人們?yōu)榱诉_(dá)到某些用水的目的有意抬高水位建造的人工蓄水湖。水庫(kù)可以滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)向水資源提出的多方面要求，與此同時(shí)，水庫(kù)的建造也會(huì)給建庫(kù)地區(qū)以及水利樞紐的下游地區(qū)的自然和經(jīng)濟(jì)帶來(lái)一系列不利的次生變化，其中，浸沒(méi)問(wèn)題就是一個(gè)很突出的問(wèn)題。

水庫(kù)浸沒(méi)是由于水庫(kù)蓄水或其他人類活動(dòng)抬升地表水位，而促使淺層地下水位壅高。毛管水抬升是地下水壅高導(dǎo)致出現(xiàn)的后果。毛管水持續(xù)上升，直到與建筑物地基或農(nóng)作物和樹(shù)木的根系同高，并持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，浸沒(méi)問(wèn)題就產(chǎn)生了。而水庫(kù)浸沒(méi)問(wèn)題的產(chǎn)生會(huì)引發(fā)各種問(wèn)題。

浸沒(méi)不但對(duì)濱岸地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)危害很大，而且對(duì)濱岸地區(qū)居民的生活也有很大威脅。農(nóng)田沼澤化或鹽堿化，建筑物的地基強(qiáng)度降低甚至破壞，這都是水庫(kù)浸沒(méi)會(huì)造成的后果。由于水庫(kù)浸沒(méi)引起的建筑物不夠穩(wěn)定和無(wú)法正常使用使得居民不得不采取排水措施或遷移他處來(lái)躲避水庫(kù)浸沒(méi)所造成的威脅。除了對(duì)工農(nóng)業(yè)和居民生活造成威脅，浸沒(méi)區(qū)還能造成附近礦坑滲水，使采礦條件惡化，礦井涌水量增加。此外，水庫(kù)浸沒(méi)還會(huì)引起鐵路及公路翻漿甚至凍脹。當(dāng)然，水庫(kù)正常蓄水位或壩址的選擇也深受水庫(kù)浸沒(méi)的影響。水庫(kù)浸沒(méi)是不可忽視的一種環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。

水庫(kù)區(qū)五大工程地質(zhì)問(wèn)題中，水庫(kù)浸沒(méi)問(wèn)題可以影響水庫(kù)工程勘察與評(píng)價(jià)，指導(dǎo)水庫(kù)移民和確定動(dòng)遷方案工作中，對(duì)水庫(kù)浸沒(méi)問(wèn)題的研究起著決定性作用。

二、水庫(kù)浸沒(méi)的分類及形成條件

與其他建筑物相比，水庫(kù)建設(shè)對(duì)地質(zhì)及地基處理的要求很高。按浸沒(méi)影響程度不同，可將浸沒(méi)區(qū)可分為嚴(yán)重浸沒(méi)區(qū)、中等浸沒(méi)區(qū)和輕微浸沒(méi)區(qū)。

并不是所有的水庫(kù)都會(huì)發(fā)生浸沒(méi)，平原型水庫(kù)的周邊地帶和壩下游地區(qū)；盆地型水庫(kù)邊緣平地與山前洪積扇、洪積裙相接的地帶；與水庫(kù)滲漏通道相連的鄰谷洼地等容易造成浸沒(méi)發(fā)生。

也有一些條件如果具備會(huì)不致發(fā)生水庫(kù)浸沒(méi)，主要有：庫(kù)岸由相對(duì)不透水層組成,或研究地段與庫(kù)岸間有相對(duì)不透水層阻隔,且其頂板高于水庫(kù)設(shè)計(jì)蓄水位等。

三、水庫(kù)浸沒(méi)的研究現(xiàn)狀

通過(guò)比較水庫(kù)蓄水后的回水水位高程與當(dāng)?shù)嘏R界地下水埋深的大小是水庫(kù)浸沒(méi)評(píng)價(jià)的主要途徑。在研究中，如果發(fā)現(xiàn)水庫(kù)蓄水后的回水水位高程高于當(dāng)?shù)嘏R界地下水埋深，就會(huì)發(fā)生浸沒(méi)，反之則不發(fā)生浸沒(méi)。解析法、數(shù)值法和電擬法是目前滲流分析的主要方法。滲流分析的目的是判斷回水水位的高程。

1、解析法。通過(guò)解析解可得到關(guān)于水頭函數(shù)在所研究區(qū)域內(nèi)分布的顯式表達(dá)式。一般地說(shuō)，解析解是比較準(zhǔn)確的。需要明確的是，解析法雖然準(zhǔn)確，但其實(shí)用性差。

2、數(shù)值法。數(shù)值法主要有三類，即有限差分法、有限單元法和邊界元法。有限差分法指從微分方程出發(fā)，將研究區(qū)域經(jīng)過(guò)離散處理后，近似地用差分、差商來(lái)代替微分、微商。有限單元法充分考慮了單元對(duì)節(jié)點(diǎn)參數(shù)的貢獻(xiàn)。作為一種數(shù)值法，邊界元法的目的也是求數(shù)值解。與有限單元法相比，邊界元法有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，即便于處理無(wú)限或半無(wú)限滲流介質(zhì)、滲流奇異和自由面等問(wèn)題。

3、電擬法。電擬法目前主要采用兩種模型——導(dǎo)電液模型和電網(wǎng)絡(luò)模型。導(dǎo)電液模型不盡適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)和邊界條件，便于模擬急變滲流區(qū)問(wèn)題，但無(wú)法模擬非均質(zhì)各向異性滲透介質(zhì)；電網(wǎng)絡(luò)模型有容量、穩(wěn)定性基本不受限制，可以模擬更加復(fù)雜的滲流場(chǎng)。因?yàn)檫@個(gè)特點(diǎn)，所以電網(wǎng)絡(luò)法目前是求解大型復(fù)雜滲流場(chǎng)的有效工具。

四、例析水庫(kù)浸沒(méi)的研究步驟及防治措施

水庫(kù)浸沒(méi)研究有自己的一般步驟，下面筆者將以石佛寺水庫(kù)浸沒(méi)研究為例試析水庫(kù)浸沒(méi)的研究步驟及防治措施。

石佛寺水庫(kù)壩址位于沈陽(yáng)市新城子區(qū)黃家鄉(xiāng)和法庫(kù)縣依牛堡鄉(xiāng)，為平原水庫(kù)，涉及范圍較大，地質(zhì)條件復(fù)雜，變化較大。為了研究地下水的變化規(guī)律，確定水庫(kù)蓄水后浸沒(méi)范圍和影響程度，石佛寺水庫(kù)管理局對(duì)水庫(kù)蓄水后周邊區(qū)的浸沒(méi)問(wèn)題進(jìn)行地質(zhì)勘察并制訂相應(yīng)工程處理措施。

首先根據(jù)勘察目的，結(jié)合前期地質(zhì)資料制定了本次勘察方案，本次浸沒(méi)勘察主要采取水文地質(zhì)測(cè)繪、勘探、試驗(yàn)、地下水動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期觀測(cè)、地下水?dāng)?shù)值計(jì)算等工作手段，進(jìn)行浸沒(méi)勘察及評(píng)價(jià)。

為了更準(zhǔn)確地確定地下水位以上毛管水上升帶的高度，本次勘察中采用多種方法分別進(jìn)行對(duì)比，最終結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況確定。

第一，通過(guò)在測(cè)區(qū)內(nèi)挖探坑進(jìn)行注水，實(shí)測(cè)毛管水上升高度；第二，在探坑內(nèi)壁地下水以上每隔二十厘米取一組土樣，然后測(cè)定每一組土樣的含水量。之后根據(jù)所取圖樣及含水量的測(cè)定，繪制深度與含水量關(guān)系曲線。最終確定毛管水上升高度需要根據(jù)毛管水帶以上土的天然含水量大小。第三，采取土樣進(jìn)行室內(nèi)毛管水上升高度試驗(yàn)。

為了確定安全超高值，本次勘察調(diào)查水庫(kù)周邊農(nóng)田區(qū)主要農(nóng)作物玉米和水稻。

通過(guò)將以上確定的毛管水上升高度及安全超高值代入公式，計(jì)算出浸沒(méi)臨界地下水位埋深。通過(guò)分析可以看出水庫(kù)蓄水以后對(duì)周邊地區(qū)存在嚴(yán)重的浸沒(méi)影響，對(duì)于右岸陳平堡及祝家堡影響也較為嚴(yán)重。至此，完成石佛寺水庫(kù)浸沒(méi)研究。

勘察組據(jù)此結(jié)論給出建議，降低地下水位是解決水庫(kù)浸沒(méi)問(wèn)題的第一要素。除此之外，排水也很重要。所以之后，根據(jù)水文地質(zhì)條件和長(zhǎng)期觀測(cè)成果，可以布置排滲和疏干工程。對(duì)于受水庫(kù)浸沒(méi)影響的農(nóng)田，可采取如改變作物種類和耕作方法等結(jié)合工程與農(nóng)業(yè)的綜合治理方案。

[1]孫思淼.寒區(qū)水庫(kù)浸沒(méi)影響試驗(yàn)?zāi)M研究.黑龍江大學(xué).2012年

[2]孫思淼戴長(zhǎng)雷呂雅潔.岸邊型水庫(kù)浸沒(méi)影響因素及防治措施.水電能源科學(xué).2012.04期

[3]鄭海益魏植生馬顯光李宗龍.橄欖壩水電站水庫(kù)浸沒(méi)問(wèn)題分析評(píng)價(jià).中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)工程地質(zhì)專業(yè)委員會(huì)2007年學(xué)術(shù)年會(huì)暨“生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)工程地質(zhì)”學(xué)術(shù)論壇論文集.2007年